補強樹脂在全鋼輪胎中的應用

冉宇寧

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

橡膠的補強主要采用添加不同類型和用量的炭黑來完成[1-2]。但炭黑用量增大到一定程度會給橡膠的物理性能和加工性能帶來負面影響。此時采用10～20份有機補強填料（樹脂）部分替代炭黑，不僅可以獲得比同用量炭黑補強膠料更好的物理性能，而且因樹脂兼具軟化劑和增塑劑功能，還可以降低加工溫度，確保膠料混煉安全性和質量均一性[3-7]。

間苯二酚與六甲氧基甲基三聚氰胺樹脂（HMMM）反應生成酚醛樹脂，在全鋼輪胎配方中常被用在間-甲-白鋼絲粘合體系中，但其獨立的交聯(lián)網(wǎng)絡具有很好的補強、增硬效果。在設計實際生產(chǎn)配方時，間苯二酚與HMMM物質的量之比通常為1∶（0.56～1）[8-9]。

間苯二酚-甲醛樹脂SL-3020LFR常被用作間苯二酚的環(huán)保替代物，是苯乙烯改性的間苯二酚甲醛樹脂，有羥基官能團、芳烷基官能團和苯乙烯基團3個官能團。這種特殊結構使SL-3020LFR具有更強的反應活性、與橡膠更大的親和力，相應膠料具有較好的自粘性。SL-3020LFR具有類似補強樹脂的支化結構，可以提高硫化膠的模量[10]。

酚醛樹脂SL-2101是妥爾油改性的熱反應型熱塑性酚醛樹脂，通過與亞甲基交聯(lián)反應生成三維結構，對硫化膠具有補強、增硬的作用。

高苯乙烯樹脂是苯乙烯與丁二烯的共聚物，苯乙烯質量分數(shù)在0.7以上，常用的高苯乙烯樹脂苯乙烯質量分數(shù)約為0.85，有明顯的塑料特性。高苯乙烯樹脂性能與苯乙烯質量分數(shù)有很大關系，隨著苯乙烯質量分數(shù)的增大，高苯乙烯樹脂的強度、剛度和硬度提高。高苯乙烯樹脂含有雙鍵，可以與橡膠進行共交聯(lián)。

本研究對比了目前全鋼輪胎配方常用補強樹脂——間苯二酚/HMMM、間苯二酚-甲醛樹脂/HMMM、酚醛樹脂/六亞甲基四胺（HMT）、高苯乙烯樹脂的補強、增硬能力，以及對膠料其余性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國普吉宏曼麗（橡膠）有限公司產(chǎn)品；炭黑N234，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；間苯二酚SL-R80、間苯二酚-甲醛樹脂SL-3020LFR和酚醛樹脂SL-2101，華奇（中國）化工有限公司產(chǎn)品；高苯乙烯樹脂S-6-H，法國歐諾法公司產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

試驗配方如表1所示。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

C型3 L密煉機和F-270型密煉機，美國法雷爾公司產(chǎn)品；LJ-150型開煉機，青島巨融機械技術有限公司產(chǎn)品；LP6000型平板硫化機，德國MonTech公司產(chǎn)品；MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XHS型邵爾橡塑硬度計，上海六菱儀器廠產(chǎn)品；T2000E型電子拉力機和Y3000E型壓縮升熱試驗機，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；EPH-50型橡膠回彈儀，英國SATRA技術中心Hampden測試儀器公司產(chǎn)品；MH-74型磨耗試驗機，長沙儀表機械廠產(chǎn)品；GT-7012-D型DIN磨耗試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段進行混煉。一段混煉在3 L密煉機中進行，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠和氧化鋅、硬脂酸、防老劑、補強樹脂→壓壓砣提壓砣→炭黑→壓壓砣→提壓砣（溫度120 ℃）→壓壓砣→排膠（溫度155 ℃）；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進劑、防焦劑和HMMM或促進劑HMT-80→薄通6次→打2個卷，下片。

膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為151℃×30 min。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 加工性能

膠料的加工性能如表2所示。

表2 膠料的加工性能

從表2可以看出：除采用S-6-H的5#配方膠料外，其余采用補強樹脂的膠料的t5與1#配方（空白）膠料相比均縮短；4種補強樹脂的加入均會導致膠料的門尼粘度增大，加工難度提高。

2.2 硫化特性

膠料的硫化特性如表3所示。

表3 膠料的硫化特性 min

從表3可以看出：4種采用補強樹脂的膠料的Δt30，t50和t90均有所延長，表明硫化速度變慢；采用SL-2101/HMT的4#配方膠料的t10縮短；4種采用補強樹脂的膠料的抗硫化返原性表征值tR97也有不同程度的延長。

2.3 物理性能

膠料的物理性能如表4所示。

表4 膠料的物理性能

從表4可以看出：采用補強樹脂的膠料邵爾A型硬度均增大，其中采用SL-R80/HMMM的3#配方膠料單份數(shù)（以補強樹脂用量計）硬度提高4度，增幅最大，采用其余3種補強樹脂的膠料單份數(shù)硬度均提高2度，增幅相同；采用補強樹脂的膠料100%定伸應力與空白膠料持平或增大，其中增幅最大的是采用SL-R80/HMMM的3#配方膠料，單份數(shù)100%定伸應力提高21%，而采用SL-3020LFR/HMMM的2#配方膠料持平；對于300%定伸應力，與空白膠料相比，采用SL-R80/HMMM的3#配方膠料增大，采用S-6-H的5#配方膠料（單份數(shù)）持平，而采用SL-3020LFR/HMMM的2#配方膠料和SL-2101/HMT的4#配方膠料則略有減小。

從表4還可以看出，幾種補強樹脂對膠料的拉伸強度和拉斷伸長率只有輕微影響，對撕裂強度則有明顯的負面作用，降幅最大的是采用SL-R80/HMMM的3#配方膠料，單份數(shù)撕裂強度降低了19%。

2.4 彈性和生熱性能

膠料的彈性和生熱性能如表5所示。

表5 膠料的彈性和生熱性能

從表5可以看出：幾種補強樹脂均會導致回彈值不同程度的降低；除采用S-6-H的5#配方膠料以外，其余采用補強樹脂的膠料的底部生熱均比空白膠料大。

2.5 耐磨性能

膠料的耐磨性能如表6所示。

表6 膠料的耐磨性能

從表6可以看出，與空白膠料相比，采用補強樹脂的膠料的DIN磨耗量均增大，而切削減量和阿克隆磨耗量則無明顯變化趨勢。

2.6 補強樹脂分析

2.6.1 間苯二酚-甲醛樹脂/HMMM

間苯二酚-甲醛樹脂/HMMM的補強性能如圖1所示。

圖1 間苯二酚-甲醛樹脂/HMMM的補強性能

從圖1可以看出：間苯二酚-甲醛樹脂/HMMM的優(yōu)點是具有較好的增硬能力，同時相應膠料的拉伸強度和拉斷伸長率保持較好；缺點是膠料的抗切削性能下降嚴重，撕裂強度和生熱性能有所下降，同時焦燒時間縮短，硫化速度變慢，加工流動性變差。

2.6.2 間苯二酚/HMMM

間苯二酚/HMMM的補強性能如圖2所示。

圖2 間苯二酚/HMMM的補強性能

從圖2可以看出：間苯二酚/HMMM的優(yōu)點是具有很好的增硬能力，同時相應膠料的拉伸強度和拉斷伸長率保持較好，加工流動性變化很小，抗硫化返原能力提高；缺點是膠料的撕裂強度下降嚴重，耐磨性能和生熱性能有所降低，同時焦燒時間縮短，硫化速度變慢。

2.6.3 酚醛樹脂/HMT

酚醛樹脂/HMT的補強性能如圖3所示。

圖3 酚醛樹脂/HMT的補強性能

從圖3可以看出：酚醛樹脂/HMT的優(yōu)點是具有較好的增硬能力，同時相應膠料的拉伸強度和拉斷伸長率保持較好，抗切削和耐磨性能均顯著提高，焦燒時間、硫化速度和加工流動性均變化很小；缺點是膠料的生熱明顯增大，撕裂強度有所下降。

2.6.4 高苯乙烯樹脂

高苯乙烯樹脂的補強性能如圖4所示。

圖4 高苯乙烯樹脂的補強性能

從圖4可以看出：高苯乙烯樹脂的優(yōu)點是具有較好的增硬能力，同時相應膠料的拉伸強度和拉斷伸長率保持較好，生熱性能、焦燒時間和加工流動性變化很??；缺點是膠料的硫化速度變慢，撕裂強度和耐磨性能有所下降。

3 結論

（1）4種補強樹脂對膠料的硫化均有延緩作用，其中采用SL-R80/HMMM的膠料t90最長，采用SL-2101/HMT的膠料t90最短；與空白膠料相比，采用S-6-H的膠料的t5延長，其余膠料均縮短，其中采用SL-3020LFR/HMMM的膠料的t5最短；此外，采用SL-3020LFR/HMMM的膠料加工流動性變差，其余膠料均變化不大。

（2）4種補強樹脂均能有效提高膠料硬度，其中SL-R80/HMMM對膠料硬度的提高效果最佳，其余3種相當；4種補強樹脂對膠料的拉伸強度和拉斷伸長率的影響都很小，但對撕裂強度有負面影響，其中SL-R80/HMMM的影響最大，SL-3020LFR/HMMM的影響最?。籗-6-H樹脂對膠料的生熱基本沒有影響，其他3種樹脂均有負面影響，其中SL-3020LFR/HMMM的影響最大。